PoE传输系统为智能建筑实现智能化

智能建筑为业主和住户提供了丰富的福利。通过使用传感器收集环境和占用数据，可以优化加热和空调系统，以保持乘客舒适而不浪费能源。照明系统可以响应占用水平和时间条件，以使室内照明节能。外部照明系统，智能控制，提高安全性。智能建筑应急系统可以为紧急救援人员确定最快和最安全的出口或出入路径。

如果电源不需要与智能建筑的传感和控制子系统共存，部署灵活性可以显着提高。使用以太网供电（PoE）可以增加子系统部署选项，同时保留比无线实施更强大，更安全的“强化”通信功能。本文将介绍PoE系统的关键要素，并说明如何在示例设计中实现它们。

基础知识

PoE是一种电力传输和数据通信标准，可以为智能连接建筑内的远程传感器，聚合器，无线网关，安全摄像头和控制器提供方便的电源。电源安全交付，可以为新兴的IEEE 802.3at标准提供高达12.95 W（IEEE 802.3af）和高达25.5 W的电源。

下面的图1显示了带有供电设备的典型PoE系统（PSE）位于左侧，受电设备（PD）位于右侧。在此示例中，电源是以太网交换机，受电设备是办公室电话。这两个设备通过以太网双绞线电缆连接，使用两根数据线和两根备用电源线连接48 V电源。电源由供电侧的特殊PSE控制器和供电侧的供电接口和DC/DC转换器管理。

图1：以太网供电系统架构（由凌力尔特提供）

PoE系统的主要优势之一是便于需要以太网连接的嵌入式连接设备。不需要“拉动”额外的电线来为这些系统供电，13 W至25 W的可用功率足以满足大多数智能建筑远程设备的需求。 PoE系统的成本也较低，因为不需要额外的墙上适配器。这种方法的另一个好处是基于PoE的设备可以轻松地远程开启或关闭，这支持智能电源管理系统。请注意，由于PoE系统与主电源系统是分开的，因此当提供备用电源为智能建筑的PoE部分供电时，可以更容易地在断电情况下使用它。这在紧急情况下尤其有用。

PoE应用程序从IP语音（VoIP）电话和无线接入点开始，但一直在稳步增长，包括安全摄像头，用于安全进入的RFID阅读器，照明控制，电能计量，环境传感器和控制。在智能建筑内，PoE可用于多个无线设备的聚合点，这些设备用于管理室内照明，占用检测，供暖和通风控制（HVAC）以及用于优化建筑物管理系统的各种外部环境传感器。智能建筑也在使用大数据来帮助节约能源，提高入住安全性和舒适度。

实施PoE系统

如图2所示，凌力尔特公司的LTC4266可以实现POE系统的PSE部分。事实上，LTC4266是一款四通道器件，可为多达四个独立的PD子系统供电。这使得LTC4266非常适用于采用多个以太网连接的以太网集线器和集线器。 PSE设备的一个重要特性是能够区分不支持POE的传统以太网系统和那些支持POE的传统以太网系统。如果提供PoE电压，则可能会损坏不支持PoE的设备，因此使用简单的检测方案来识别支持PoE的设备。有效的PD在其输入端提供25kΩ的共模电阻，因此很容易确定是否可以安全供电。

图2 ：采用Linear Technology LTC4266作为PSE的POE系统。 （由Linear Technology提供）

LTC4266通过SMBus/I²C2线接口进行配置和控制。此接口可用于根据目标应用程序的需要配置LTC4266的许多功能。电流限制，过载限制，电流/电压监控和中断信号选择的设置均可通过串行接口进行编程。通常，电源管理MCU与LTC4266结合使用，以创建智能电源管理系统，监控和控制本地电源传输，并通知更高级系统元件电源事件。

实现PD接口

系统的另一个关键要素是PD接口。 PoE系统的这一部分通过以太网电缆管理PSE源提供的电源。提供这一重要功能的示例器件是STMicroelectronics PM8800A PoE-PD接口。该器件集成了几个与PoE相关的功能，以简化PD子系统的设计。图3显示了使用PM8800A和完成设计所需的外部组件的典型PD实现。

图3：使用ST PM8800A的PD子系统（由STMicroelectronics提供）

PM8800A是一款单片器件，嵌入符合IEEE 802.3af标准的PD接口和电流模式脉冲宽度调制器，可用于所有PoE供电设备。除了标准的IEEE 802.3af功能外，PM8800A还为新兴的IEEE 802.3at标准提供了功能，专门针对标准PSE设备允许的12.95 W需要更高功率的设备或系统。增加欠压锁定，浪涌和连续电流限制，以及启动期间的高压调节和电源良好指示，使设计非常稳健。

完整的另一个例子-featured PoE PD接口设备是Texas Instruments TPS23752PWP以太网供电控制器。它实现了行业标准功能，但还包括特殊的睡眠模式功能。睡眠模式允许在夜间（或其他系统驱动的标准）通过关闭有源负载电路来节省功率，同时保持PD的足够功能以响应本地上电请求。睡眠输入驱动为低电平时启动睡眠模式。此事件锁存睡眠模式，并禁用转换器。 TPS23752通过吸收足够的电流来满足IEEE 802.3at MPS要求，向PSE发出希望在睡眠期间保持供电的信号。

用于智能建筑环境监控的完整PoE系统

适用于智能建筑监控子系统的完整PoE系统需要大量的管理和控制，因此通常使用MCU来协助管理PoE交付。一些建筑物，特别是制造业建筑物，当需要高可靠性和可预测的网络流量时，也可能希望使用工业以太网作为通信系统的一部分。支持工业以太网的MCU，例如Texas Instruments AM3352，通常可以充当这一重要角色。图4显示了在工业环境中使用智能监控和PoE的智能建筑的框图。

图4：智能建筑的框图监控子系统

AM3352 MCU功能强大，足以实现各种智能算法，用于感应和控制照明，HVAC，标牌，占用，材料传输和过程控制的能源使用。图形用户界面使本地系统管理员可以轻松查看操作，工业以太网端口可提供快速数据移动以及远程管理端口，以监控子系统活动。本地数据记录器可以记录关键事件以进行进一步分析。 LTC4266 PSE器件在MCU的控制下向选定的PD目标提供电源。 ST PM8800A在所有远程传感器和监视器子系统上提供PD功能。这些子系统分布在整个建筑和材料处理系统中，可以独立于主电源系统供电，从而创建更加强大和容错的实现。

总之，PoE为智能建筑提供了一种有效的方法无需传统电源即可扩展传感器，摄像机和应急系统的范围。当与功能强大的MCU和工业以太网结合使用时，PoE传输系统将成为整个能源管理系统的一个组成部分，使智能建筑更加智能化。